变频控制电机过热损坏的原因分析及其对策

变频控制电机过热损坏的原因分析及其对策

1故障现象
某铝厂氧化铝二分厂三车间有3个油隔泵站，每个泵站3台喂料油隔泵，分别担负着2台熟料窖的供料任务，是生产流程中的一个关键环节。油隔泵为恒转矩负载，电机采用变频控制，根据生产需要，调节电机转速以改变熟料窖的下料量。因泵的流量不同，一泵站电机工作频率为25Hz左右，二、三泵站电机均为30Hz以上。9台电机从1991年陆续投用以来运行稳定，基本上满足了生产要求。但从1995年7月份起，电机普遍发热严重，一泵站电机尤为明显，3台电机先后发生了匝间短路故障。原电机为10极、115kW，因无同型号备用电机，用别处改造换下的8极、130kW电机替代。可使用后发现，与原115kW电机相比，电机过热现象更为严重，虽然加了轴流风机冷却，但运行不到一周就发生绕组烧损故障。起初以为电机质量有问题，便又换了1台130kW电机，运行时间不长，再次发生绕组过热烧损。

2 原因分析
变频器及油隔泵电机型号如下。变频器型号：富士FRN160P5 5台、FRN160P7 4台。电机型号：JR127-10型，380V、115kW、238A，B级绝缘，1590kg，将转子端接作笼型电机使用。代用电机型号：JS127-8型，380V、130kW、249A，B级绝缘，1300kg。
（1）变频控制电机发热的原因分析
1 高次谐波引起电机的效率和功率因数变差，电机损耗增加变频装置用交-直-交控制，变频器输出的电压、电流波形均有高次谐波。由于普遍电机是按正弦波电源制造的，当有高次谐波流过电动机绕组时，铜损增大，并引起附加损耗，从而引起绕组发热。有资料表明，变频器传动与工频电源传动相比，电流约增加10%，温升约增加20%。
2 电机低速运转，散热能力变差使用变频调速后电机往往处于低于额定转速的运行状态，标准电机的冷却风扇装在转子轴上，所以在低频下运转的电机，因电机转速降低而使冷却效果大幅度下降。
3 电压变化率du/dt增高，电机故障率增加目前市场上的变频器大部分是交-直-交变频器，其逆变部分是将直流电压转换为三相交流电压，通过控制六个桥臂的开关元件导通、关断来实现三相交流电压的输出。如常见的改变变频器输出电压的PWM方式，它虽与正弦波电压幅值等效，但实际上是由一系列矩形波组成，由于电机绕组匝间电压变化率du/dt很高，电机绕组的电压分布变得很不均匀，使绕组匝间短路的故障增加。从我厂变频控制电机的故障情况来看，几乎全是由匝间短路引起，由此可见，变频控制对电机的绝缘等级的要求更高。
（2）115kW电机发热原因分析
115kW电机发热除上述原因外，还由于该电机长期运行在粉尘含量较高的环境中，未定期清扫，造成定转子风道堵塞，致使气流不畅，散热效果降低，尤其是夏季，环境温度高，电机工作温度大大增加，导致电机过热烧毁。
（3）代用电机过热原因分析
除因高次谐波引起损耗增加，造成过热外，主要原因还是电机工作频率太低。
代用电机工作频率仅为25Hz，电机的工作转速为额定转速的50%，这对于单靠自扇风冷的电机来说，散热条件恶化。另外，从电机参数看，代换电机的重量，约为原电机重量的81.7%。热流量与电机重量成正比，吸收相同的热量，重量轻的130kW电机的温升比115kW电机温升要高，而两个电机的外表面积基本相同，即散热系数相同，对于电机发出相同的热量，代用电机的稳定温升要高出原电机。

3 对策
（1）合理选用变频控制电机，原电机如果工作频率达不到30Hz，在峰值电流不致引起过电流保护动作的情况下，可以极数更高的电机替代，尤其对于恒转矩负载要适当加大电机的功率等级与电机极数，以提高其带载能力；有条件的地方，应采用变频专用电机。
（2）加强电机的计划检修，尤其在夏季来临前，要对定转子风道进行清扫，改善电机的散热条件。在夏季时应采用外加风机对电机强迫风冷。
（3）将电子过热保护器的整定值调小，配外加热过载继电器，*好在电机绕组内配PTC热保护。
（4）提高电机的绝缘材料等级，如在电机检修时，将B级绝缘提高为F级绝缘，以提高匝间绝缘性能及绕组的耐热能力，这样可从根本上解决变频控制电机使用寿命短的问题。
（5）尽可能提高电机的运行频率。针对一泵站电机运行频率低的问题，将原传动皮带轮改为小皮带轮，通过计算其运行频率可达到30Hz以上，使用证明电机工作频率30Hz以上时，基本可以解决变频电机的散热问题。
在对油隔泵电机采取加强计划笔录，夏季强迫风冷及提高运行频率等手段以后，基本上保证油隔泵电机的平稳运行，满足了生产需要。

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